稀土原子半徑是鐵原子的1.5倍。稀土元素在化學(xué)熱處理過程中可與間隙原子（C、N等）形成共滲。稀土原子的滲入引起周邊鐵晶格點(diǎn)陣發(fā)生膨脹畸變，使被滲鋼晶體缺陷密度增殖。受微區(qū)彈性應(yīng)力場限制，稀土元素只能以單原子或雙原子狀態(tài)存在，這種離散存在的稀土元素可成為間隙原子C的形核核心，所形成的碳化物呈細(xì)小彌散分布。同時(shí)，稀土可以提高界面反應(yīng)速度。由于稀土元素是電負(fù)性較低的元素，因而活性較高。采用稀土滲劑后可以加速預(yù)氧化層的還原，活化與凈化工件表面，有利于活性產(chǎn)生，因而加快間隙原子的滲入過程。而且，稀土在爐氣中會與碳、氫等元素發(fā)生作用，形成的大分子在爐氣中流動(dòng)并可以被被滲工件表面吸附，且在吸附過程中因其質(zhì)量較大，可以破壞被滲工件表面的層流層，增大CO與工件表面的接觸與碰撞，因此可以提高界面反應(yīng)速度。
試驗(yàn)還表明，稀土可以增大碳原子滲入系數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)。間隙原子的滲入首先是沿著基體的缺陷進(jìn)行，然后進(jìn)行擴(kuò)散。由于稀土元素的滲入，導(dǎo)致鋼的基體缺陷密度增殖，使?jié)B入系數(shù)增大；碳原子以稀土原子為核心，產(chǎn)生柯氏氣團(tuán)，處于柯氏氣團(tuán)頂端的碳原子容易產(chǎn)生躍遷轉(zhuǎn)移，這種轉(zhuǎn)移是跳躍式的，由一個(gè)柯氏氣團(tuán)向另一個(gè)柯氏氣團(tuán)或晶體缺陷轉(zhuǎn)移擴(kuò)散，這種擴(kuò)散行為與常規(guī)的滲碳行為不同，可以使擴(kuò)散系數(shù)大大增加，因此使?jié)B碳速度大幅度提高。
由于以上機(jī)制，采用稀土滲碳技術(shù)可以大幅度提高滲碳速度。
實(shí)踐證明，稀土滲碳技術(shù)可以改善顯微組織，減少內(nèi)氧化并提高表面硬度。由于稀土原子呈彌散分布，當(dāng)其成為碳化物形核核心時(shí)，所得到的碳化物也是彌散分布的，并進(jìn)而使奧氏體再結(jié)晶晶粒細(xì)化，最終使馬氏體細(xì)化。
由于稀土元素是電負(fù)性較低的元素，因而與氧的親和力極高，氧將優(yōu)先選擇稀土進(jìn)行氧化，生成RE2O3等稀土氧化物，使氧對合金元素的氧化行為受到很大抑制，減小了內(nèi)氧化作用，進(jìn)而減少工件表面非馬氏體的產(chǎn)生，從而提高工件表面硬度。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)將稀土滲碳技術(shù)應(yīng)用于載重汽車弧齒錐齒輪，取得了很好的效果。載重汽車的中橋、后橋弧齒錐齒輪在使用過程中常出現(xiàn)早期磨損、點(diǎn)蝕、剝落等問題，使用壽命偏低，成為我國載貨汽車生產(chǎn)的瓶頸之一。另外，由于這些齒輪滲碳層較深、生產(chǎn)周期較長，導(dǎo)致能耗高，排放較多，成本高，生產(chǎn)效率低。哈工大推行稀土滲碳技術(shù)，并在連續(xù)式滲碳爐中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化后，齒輪表面硬度平均提高近2HRC，且硬度分布得到了改善。同時(shí)由于采用稀土滲碳技術(shù)后提高滲碳速度20%，取得了顯著的節(jié)能減排效果，單位耗電量由2.04kW·h/kg下降到1.73kW·h/kg；單位物料消耗降低，相應(yīng)減少了排放，每1kg齒輪降低CO2排放15%以上 。
